Формування та розпад аномальних пересичених розчинів молібдену у конденсатах міді

Abstract

Досліджено конденсати Cu-Mo в діапазоні концентрації останнього від 0,3 до 1,5 ат.%, отримані одночасним випаровуванням у вакуумі з подальшою конденсацією отриманої парової суміші на неорієнтуючу підкладку (метод PVD). Компоненти цієї системи не утворюють хімічних сполук за рівноважних умов і є взаємно нерозчинними в рідкому та твердому станах. Структуру конденсатів Cu-Mo вивчали методами трансмісійної електронної мікроскопії та рентгенівської дифрактометрії як у похідному стані, так і після серії ізотермічних відпалів в діапазоні температур від 300 до 900ОС. Встановлено, що невеликі концентрації молібдену призводять до значного диспергування матричного металу. Молібден схильний утворювати сегрегації на границях зерна міді та формувати з матричним металом сильний когерентний зв'язок, що зберігається навіть після ізотермічного відпалу. Виявлені умови формування аномального пересиченого твердого розчину молібдену у матриці міді, а також умови його розпаду. Наведено припущення про механізм формування такого розчину під час конденсації із парової фази, який заключається у кінетичному захоплені атомів молібдену фронтом кристалізації під час конденсації із парової фази. Виявлено, що розпад пересиченого твердого розчину починається нагріву до 0,5 від температури плавлення міді та супроводжується процесом дисперсійного твердіння. В ході експерименту вперше було зафіксовано, що процес дисперсійного твердіння може мати двостадійний характер. Перший пік спостерігається у районі 30 хвилин відпалу, а другий пік - приблизно через 2 години ізотермічного відпалу. Висота піків дисперсійного твердіння збільшується зі зростанням концентрації молібдену. Висунуто припущення, що поява другого піку дисперсійного твердіння пов'язується з особливостями взаємодії між зернами міді та сегрегаціями молібдену на границях зерен. Показано, що структура після розпаду розчину є типово композиційною. Перевагою такого матеріалу над звичайними дисперсно твердіючими сплавами є той факт, що в данних псевдосплавах не відбуваєтся зворотнього розчину зміцнювальних часток при підвищенні температури.

Cu-Mo condensates in the concentration range of the latter from 0.3 to 1.5 at.%, obtained by simultaneous evaporation in vacuum with subsequent condensation of the resulting vapor mixture on a non-orienting substrate (PVD method), were studied. The components of this system do not form chemical compounds under equilibrium conditions and are mutually insoluble in liquid and solid states. The structure of Cu-Mo condensates was studied by transmission electron microscopy and X-ray diffractometry both in the derivative state and after a series of isothermal anneals in the temperature range from 300 to 900°C. It was found that small concentrations of molybdenum lead to significant dispersion of the matrix metal. Molybdenum tends to form segregations at the boundaries of copper grains and form a strong coherent bond with the matrix metal, which persists even after isothermal annealing. The conditions for the formation of an anomalous supersaturated solid solution of molybdenum in the copper matrix, as well as the conditions for its decomposition, have been revealed. An assumption is made about the mechanism of formation of such a solution during condensation from the vapor phase, which consists in the kinetic capture of molybdenum atoms by the crystallization front during condensation from the vapor phase. It was found that the decomposition of the supersaturated solid solution begins when heated to 0.5 of the melting point of copper and is accompanied by a dispersion solidification process. During the experiment, it was first recorded that the dispersion solidification process can have a two-stage character. The first peak is observed in the region of 30 minutes of annealing, and the second peak is observed after about 2 hours of isothermal annealing. The height of the dispersion hardening peaks increases with increasing molybdenum concentration. It is suggested that the appearance of the second peak of dispersion hardening is associated with the peculiarities of the interaction between copper grains and molybdenum segregations at the grain boundaries. It is shown that the structure after solution decomposition is typically composite. The advantage of this material over conventional dispersively hardening alloys is the fact that in these pseudo-alloys there is no reverse solution of hardening particles at an increase in temperature.